УПРУГИЕ ПОТЕРИ И ДИСПЕРСИЯ В ПЛОТНОЙ И ПОРИСТОЙ СЕТНЕТОЖЕСТКОЙ ПЬЕЗОКЕРАМИКЕ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты сравнительного анализа упругих потерь и дисперсионных характеристик плотной и пористой сетнетожесткой пьезокерамики на основе цирконата-титаната свинца с одинаковым химическим составом. Для определения комплексных упругих модулей и их частотных зависимостей использовался метод спектрального анализа пьезорезонансных характеристик, включая основные и высшие резонансы толщинных колебаний дисковых образцов. Образцы пьезокерамики были получены традиционным способом синтеза и спекания, а пористая структура формировалась с применением модифицированного метода выжигания порообразователя. В пористых материалах выявлены участки аномальной упругой дисперсии, связанные с изменением соотношения между длиной волны резонансных колебаний и характерным размером неоднородностей пористой микроструктуры при увеличении частоты.

Об авторах

И. А. Швецов

Научно-исследовательский институт физики Южного федерального университета

Ростов-на-Дону, Россия

Н. А. Швецова

Научно-исследовательский институт физики Южного федерального университета

Ростов-на-Дону, Россия

Е. И. Петрова

Научно-исследовательский институт физики Южного федерального университета

Ростов-на-Дону, Россия

М. А. Луговая

Научно-исследовательский институт физики Южного федерального университета

Ростов-на-Дону, Россия

М. Г. Константинова

Научно-исследовательский институт физики Южного федерального университета

Ростов-на-Дону, Россия

Н. А. Колпачева

Донской государственный технический университет

Ростов-на-Дону, Россия

А. Н. Рыбянец

Научно-исследовательский институт физики Южного федерального университета

Email: arybyanets@gmail.com
Ростов-на-Дону, Россия

Список литературы

  1. Horchidan N., Ciomaga C.E., Frunza R.C., Capiani C., Galassi C., Mitoseriu L. A comparative study of hard/soft PZT-based ceramic composites // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 7. P. 9125–9132. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.02.179
  2. Andryushin K.P., Andryushina I.N., Shilkina L.A., Nagornko A.V., Dudkina S.I., Pavelko A.A., Verbenko I.A., Reznichenko L.A. Features of the structure and macro responses in hard ferro piezoceramics based on the PZT system // Ceram. Int. 2018. V. 44. № 8. P. 18303–18310. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.07.042
  3. Uchino K. High-power piezoelectrics and loss mechanisms / Ed. by Uchino K. Amsterdam: Elsevier, 2017. P. 647–754. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102135-4.00017-5
  4. Safari A., Akdogan E.K., Leber J.D. Ferroelectric ceramics and composites for piezoelectric transducer applications // Jpn. J. Appl. Phys. 2022. V. 61. № SN. P. SN0801. https://doi.org/10.35848/1347–4065/ac8bdc
  5. Shvetsov I.A., Petrova E.I., Lugovaya M.A., Shvetsova N.A., Scherbinin S.A., Rybyanets A.N. Ferroeletrically Hard Porous Ceramics: Fabrication, Properties and Ultrasonic Transducer Applications / Ed. by Parinov I., Chang S.H., Gupta V. New York: Springer Proceedings in Physics, 2018. P. 33–47. https://doi.org/10.1007/978-3-319-78919-4_3
  6. Рыбянец А.Н., Наседкин А.В., Щербинин С.А., Петрова Е.И., Швецова Н.А., Швецов И.А., Луговая М.А. Конечно-элементное моделирование низкочастотных биморфных преобразователей для диагностики активации нефтяных скважин // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 6. С. 685–691. https://doi.org/10.7868/S03207917060120
  7. Turner B., Cranston D. A Review of High-Intensity Focused Ultrasound // Int. J. Transl. Med. 2024. V. 4. P. 197–207. https://doi.org/10.3390/ijtm4010011
  8. Nartov F.A., Williams R.P., Khokhlova V.A. Electronic focus steering capabilities of a diagnostic-type linear ultrasound array designed for high power therapy and its visualization // Acoust. Phys. 2023. V. 70. № 1. P. 165–174. https://doi.org/10.1134/S1063771023601292
  9. Zhang B., Yang Y., Fan X. Processing, microstructure, and properties of porous ceramic composites with directional channels // J. Mater. Sci. Technol. 2024. V. 168. P. 1–15. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.04.039
  10. Shrivastava Sh., Rajak D.K., Joshi T., Singh D.K., Mondal D.P. Ceramic Matrix Composites: Classifications, Manufacturing, Properties, and Applications // Ceramics. 2024. V. 7. № 2. P. 652–679. https://doi.org/10.3390/ceramics7020043
  11. Zhang Sh., Malik B., Li J.-F., Rödel J. Lead-free ferroelectric materials: Prospective Applications // J. Mater. Res. 2021. V. 36. P. 985–995. https://doi.org/10.1557/s43578-021-00180-y
  12. Zhou X., Zhou K., Zhang D., Bowen C., Wang Q., Zhong J., Zhang Y. Perspective on porous piezoelectric ceramics to control internal stress // Nanoenergy Adv. 2022. V. 2. № 4. P. 269–290. https://doi.org/10.3390/nanoenergyadv2040014
  13. Ringgaard E., Lautzenhiser F., Bierregaard L., Zawada T., Molz E. Development of Porous Piezoceramics for Medical and Sensor Applications // Materials. 2015. V. 8. № 12. P. 8877–8889. https://doi.org/10.3390/ma8125487
  14. Rybyanets A.N. Porous piezoceramics: theory, technology, and properties // IEEE Trans. UFFC. 2011. V. 58. P. 1492–1507. https://doi.org/10.1109/TUFFC.2011.1968
  15. Yan M., Liu Sh., Xiao Z., Yuan X., Zhai D., Zhou K., Zhang D., Zhang G., Bowen Ch., Zhang Y. Evaluation of the pore morphologies for piezoelectric energy harvesting application // Ceram. Int. 2022. V. 48. P. 5017–5025. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.11.039
  16. Ma W., Zhou X., Gao H., Wang Ch., Tan H., Samart Ch., Wang J., An T.N., Yan Ch., Hu Y., Wang J., Zhang H. Structure-reinforced periodic porous piezoceramics for ultrahigh electromechanical response manufactured by vat photopolymerization // Additive Manufacturing. 2024. V. 93. P. 104446. https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104446
  17. Zhou X., Zhou K., Zhang D., Bowen Ch., Wang Q., Zhong J., Zhang Y. Perspective on Porous Piezoelectric Ceramics to Control Internal Stress // Nanoenergy Adv. 2022. V. 2. P. 269–290. https://doi.org/10.3390/nanoenergyadv2040014
  18. Rybyanets A.N. New methods and transducer designs for ultrasonic diagnostic and therapy / Ed. by Parinov I.A., Chang Sh.-H., Topolov V.Yu. NY: Springer Proceedings in Physics, 2016. P. 603–620. https://doi.org/10.1007/978-3-319-26324-3
  19. Park Y., Choi M., Uchino K. Loss Determination Techniques for Piezoelectrics: A Review // Actuators. 2023. V. 12. P. 213–235. https://doi.org/10.3390/act12050213
  20. Mezheritsky A.V. Elastic, Dielectric, and Piezoelectric Losses in Piezoceramics: How It Works All Together // IEEE Trans. UFFC. 2004. V. 50. P. 695–707. https://doi.org/10.1109/TUFFC.2004.1304268
  21. Gao Y., Xian X., Chen Y., Suo Zh, Xu J., Yang Z. Determination of elastic loss of piezoelectric materials by impedance curve fitting using intelligent algorithms // Phys. Scr. 2024. V. 99. P. 056002. https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad347e
  22. Lugovaya M.A., Shvetsov I.A., Shvetsova N.A., Nasedkin A.V., Rybyanets A.N. Elastic Losses and Dispersion in Porous Piezoceramics // Ferroelectrics. 2021. V. 571. P. 263–267. https://doi.org/10.1080/00150193.2020.1736909
  23. Shvetsova N.A., Shvetsov I.A., Petrova E.I., Makarev D.I., Marakhovsky M.A., Rybyanets A.N. Complex electromechanical parameters and microstructure peculiarities of PZT-type porous piezoceramics // Ferroelectrics. 2024. V. 618. P. 1454–1460. https://doi.org/10.1080/00150193.2024.2305586
  24. Shvetsov I.A., Lugovaya M.A., Konstantinova M.G., Abramov P.A., Petrova E.I., Shvetsova N.A., Rybyanets A.N. Dispersion characteristics of complex electromechanical parameters of porous piezoceramics // J. Adv. Diet. 2022. V. 12(02). 2160004. https://doi.org/10.1142/s20101352x21600043
  25. Rybyanets A.N., Shvetsov I.A., Shvetsova N.A., Marakhovsky M.A., Kolpacheva N.A. Microstructure, complex electromechanical parameters and dispersion characteristics of ferroelectrically "hard" piezoceramics // J. Adv. Diet. 2025. V. 15(04). 2540001 (5 pages). https://doi.org/10.1142/S20101352x25400016
  26. PRAP (Piezoelectric Resonance Analysis Program). TASI Technical Software Inc. www.tasitechnical.com (Дата обращения 17.03.2025 г.).
  27. Smits J.G. Iterative method for accurate determination of the real and imaginary parts of the materials coefficients of piezoelectric ceramics // IEEE Trans. Sonics Ultrason. 1976. SU-23. P. 393–401. https://doi.org/10.1109/T-SU.1976.30898
  28. O'Donnell M., Jaynes E.T., Miller J.G. General relationship between ultrasonic attenuation and dispersion // J. Acoust. Soc. Am. 1978. V. 63. P. 1935–1938. https://doi.org/10.1121/1.381902
  29. O'Donnell M., Jaynes E.T., Miller J.G. Kramers-Kronig relationships between ultrasonic attenuation and phase velocity // J. Acoust. Soc. Am. 1981. V. 69. P. 696–701.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).